JPH11257949A - 日照センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射
日光の方向を正確に検出する。 【解決手段】 受光部１１は太陽１００の方位角と仰角
を検出するために２次元に配列された複数の受光素子を
有し、遮光部１３には受光部１１の受光面に入射させる
ための開口１３ａが形成されている。記憶部２には予
め、設置場所の地球の緯度、経度と日時に応じた太陽１
００の方位角αと仰角βが記憶され、処理部３は記憶部
２上の現在の太陽位置データ（α，β）に対応する受光
素子の検出信号（照度）に基づいて直射日光の有無を判
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光を検出する
日照センサに関し、特に直射日光を検出する日照センサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、直射日光が有るときには直射日
光が室内に入射しないように、また、直射日光がないと
きには眺望を確保するようにブラインドのスラット角を
制御するためのブラインド制御装置が知られている。日
照センサは例えばこのブラインド制御装置に用いられ、
従来例としては、例えば太陽の方向に応じて移動する太
陽追尾方式や、特公平６−９５０１８号公報に示すよう
に固定された複数の光検出部の各出力信号の最大値と最
小値に基づいて直射日光の照射方向と照度を検出し、ス
ラットの角度を制御するものが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、太陽追
尾方式では、機械的に太陽を追尾する可動部を有するの
で構造的に大がかりで複雑になり、また、可動部が故障
する可能性があるという問題点がある。また、特公平６
−９５０１８号公報に示す従来例では、複数の光検出部
の各出力信号の最大値と最小値に基づいて直射日光の照
射方向と照度を検出するのみであり、検出面に対して光
の入射角が大きくなるほど検出される信号値が小さくな
ることを考慮していないので、例えば隣接する建物等に
よる反射光により必ずしも最大値を検出する位置が直射
日光の方向に対応しない。また、受光センサが太陽の直
射光のみならず、太陽の方向以外の天空光も検出するの
でＳ／Ｎ比が悪いという問題点がある。

【０００４】本発明は上記従来の問題点に鑑み、ノイズ
となる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確
に検出することができる日照センサを提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は上
記目的を達成するために、太陽に対向して２次元的にに
配列された複数の受光素子と、直射日光を前記受光素子
の受光面に入射させるための開口が形成された遮光部
と、少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角を予め
記憶する記憶部と、前記複数の受光素子の内、前記記憶
部に記憶された現在の日時における太陽の方位角と仰角
に対応する２次元位置の受光素子の検出信号に基づいて
直射日光を判定する判定手段とを具備していることを特
徴とする。上記構成により、現在の日時における太陽の
方位角と仰角の方向以外の位置に対応する受光素子の検
出信号を用いないので、ノイズとなる天空照度の影響を
低減して直射日光の方向を正確に検出することができ
る。

【０００６】請求項２記載の発明は、太陽に対向して１
次元的に配列された複数の受光素子と、直射日光を前記
受光素子の受光面に入射させるために前記受光素子の配
列方向と直交する方向にスリットが形成された遮光部
と、少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角の一方
を含む位置データを予め記憶する記憶部と、前記複数の
受光素子の内、前記記憶部に記憶された現在の日時にお
ける太陽の方位角と仰角の一方に対応する１次元位置の
受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する判定
手段とを具備していることを特徴とする。上記構成によ
り、現在の日時における太陽の方位角方向と仰角方向の
一方以外に対応する受光素子の検出信号を用いないの
で、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の
方向を正確に検出することができる。

【０００７】請求項３記載の発明は、太陽に対向して配
置された点受光素子と、複数の液晶素子が前記点受光素
子を覆うように配置された略半球状の液晶遮光部と、少
なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角を予め記憶す
る記憶部と、前記複数の液晶素子の内、前記記憶部に記
憶された現在の日時における太陽の方位角と仰角に対応
する液晶素子を開き、他の液晶素子を閉じた状態の前記
点受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する判
定手段とを具備していることを特徴とする。上記構成に
より、現在の日時における太陽の方位角方向と仰角方向
以外の光が点受光素子により受光されないので、ノイズ
となる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確
に検出することができる。

【０００８】請求項４記載の発明は、太陽に対向して配
置された点受光素子と、複数の液晶素子が前記点受光素
子を２次元で覆うように配置された液晶パネルと、少な
くとも日時に応じた太陽の方位角と仰角を含む位置デー
タを予め記憶する記憶部と、前記複数の液晶素子の内、
前記記憶部に記憶された現在の日時における太陽の方位
角と仰角に対応する液晶素子を開き、他の液晶素子を閉
じた状態の前記点受光素子の検出信号に基づいて直射日
光を判定する判定手段とを具備していることを特徴とす
る。上記構成により、現在の日時における太陽の方位角
方向と仰角方向以外の光が点受光素子により受光されな
いので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日
光の方向を正確に検出することができる。

【０００９】請求項５記載の発明は、太陽に対向して配
置された受光素子と、前記点受光素子を覆うように配置
されると共に、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の間に
開口が形成された遮光部とを具備していることを特徴と
する。上記構成により、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌
道の外側の光が受光素子により受光されないので、ノイ
ズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正
確に検出することができる。

【００１０】請求項６記載の発明は、太陽に対向して水
平方向に１次元的に配列された第１の複数の受光素子
と、太陽に対向して水平方向に１次元的に配列されると
共に前記第１の複数の受光素子の配列方向と直角に配列
された第２の複数の受光素子と、直射日光を前記第１、
第２の受光素子の受光面にそれぞれ入射させるために垂
直方向に第１、第２のスリットが形成された遮光部と、
少なくとも日時に応じた太陽の方位角を含む位置データ
を予め記憶する記憶部と、前記第１、第２の複数の受光
素子の内、前記記憶部に記憶された現在の日時における
太陽の方位角に対応する１次元位置の受光素子の検出信
号に基づいて直射日光を判定する判定手段とを具備して
いることを特徴とする。上記構成により、現在の日時に
おける太陽の方位角方向以外の光が受光素子により検出
されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して
直射日光の方向を正確に検出することができる。また、
直角に配列された第１、第２の複数の受光素子の受光面
が１次元や２次元の受光素子より太陽の方向に対向させ
ることができるので、直射日光の方向を正確に検出する
ことができる。

【００１１】請求項７記載の発明は、請求項６記載の日
照センサにおいて前記第１、第２の複数の受光素子の１
以上が重複して太陽を同時に受光するように構成され、
前記判定部は前記同時に太陽を受光する前記第１、第２
の複数の受光素子の一方の出力レベルに基づいて他方の
出力レベルを補正し、この補正値に基づいて直射日光を
判定することを特徴とする。上記構成により、現在の日
時における太陽の方位角方向以外の光が受光素子により
検出されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減
して直射日光の方向を正確に検出することができる。ま
た、第１、第２の受光素子の１以上の素子が重複して太
陽を同時に受光する場合にその素子の感度ばらつきを補
正するので、直射日光の方向を正確に検出することがで
きる。

【００１２】請求項８記載の発明は、太陽に対向して配
置された受光素子と、前記受光素子を覆うように配置さ
れると共に、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の間に開
口が形成された遮光部と、少なくとも日時に応じた太陽
の方位角及び仰角を含む位置データと、ＣＩＥが定める
標準曇天空照度を前記位置データに応じてしきい値とし
て予め記憶する記憶部と、前記受光素子により検出され
た信号と、前記記憶部に記憶された現在の日時における
標準曇天空照度のしきい値を比較して直射日光を判定す
る判定手段とを具備していることを特徴とする。上記構
成により、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の外側の光
が受光素子により受光されず、また、ＣＩＥが定める標
準曇天空照度をしきい値として判断するので、ノイズと
なる天空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に
検出することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明に係る日照センサの
一実施形態を構成する太陽光検出部を示す構成図、図２
は日照センサの構成を示すブロック図、図３は太陽の位
置データを示す説明図、図４は図２の処理部の直射日光
判定処理を説明するためのフローチャートである。

【００１４】図１を参照して太陽光検出部１の構成を説
明する。受光部（２次元受光部）１１は太陽１００の水
平方向（方位角）と垂直方向（高度、仰角）を検出する
ために２次元に配列された複数の受光素子を有し、例え
ばフォトダイオードやＣＣＤエリアイメージセンサによ
り構成されている。この受光部１１は外からの光が侵入
しない筐体１２の内面に固定され、また、筐体１２の前
面の遮光部１３には、太陽光を筐体１２の内部に導いて
受光部１１の受光面に入射させるための開口１３ａが形
成されている。開口１３ａの大きさは、例えば受光部１
１を構成する受光素子の受光面より十分小さく形成され
ている。これにより、太陽の方向以外の天空光が検出さ
れず、直射日光のみが検出されるのでＳ／Ｎ比が悪化し
ない。

【００１５】図２に示す記憶部２には予め、設置場所の
地球の緯度、経度と日時に応じた太陽位置データとして
図３に示すように太陽１００の方位角αと高度（＝仰角
β）が記憶されている。処理部３は現在の日時を計時す
るカレンダ部を有し、記憶部２上の現在の太陽位置デー
タ（α，β）に対応する受光素子の検出信号（照度）に
基づいて図４に示すように直射日光の有無を判定する。
信号処理部４は処理部３の判定結果に基づいて「直射日
光有り」または「直射日光無し」の信号を不図示のブラ
インド制御装置に送信する。

【００１６】次に図４を参照して処理部３の判定処理を
説明する。先ず、設置場所の緯度、経度とカレンダ部が
示す現在の日時に応じた太陽位置データ（α，β）を記
憶部２から読み出し（ステップＳ１）、次いでこの太陽
位置データ（α，β）に対応する受光部１１の受光素子
の検出値を取り込む（ステップＳ２）。

【００１７】ここで、図１に示すような２次元の受光部
１１には殆どの場合、太陽光が斜めに入射するので、続
くステップＳ３では、現在の太陽の方位角α及び仰角β
と開口１３ａの高さに応じて検出値が受光面に垂直に入
射する値に補正演算する。次いで演算結果と閾値を比較
して演算結果が閾値以上か否かを判定し（ステップＳ
４）、ＮＯの場合には「直射日光無し」の信号を送信し
（ステップＳ５）、他方、ＹＥＳの場合には「直射日光
有り」の信号を送信する。なお、ステップＳ３に示す補
正演算を行う代わりに、現在の太陽の方位角α及び仰角
βと開口１３ａの高さに応じた閾値を更に記憶部２に記
憶し、この閾値と補正無しの検出値を比較するようにし
てもよい。

【００１８】次に、図５〜図７を参照して第２の実施形
態について説明する。図５に示すように第２の実施形態
の太陽光検出部１ａでは、受光部（１次元受光部）１１
ａは太陽の高度（＝仰角β）を検出するために垂直方向
の１次元に配列された複数の受光素子を有する。この受
光部１１ａは例えばフォトダイオードやＣＣＤリニアイ
メージセンサにより構成されている。受光部１１ａは外
からの光が侵入しない筐体１２の内面に固定され、ま
た、筐体１２の前面の遮光部１３には、太陽光を筐体１
２の内部に導いて受光部１１ａの受光面に入射させるた
めのスリット１３ｂが水平方向に形成されている。スリ
ット１３ｂの幅は、例えば受光部１１ａを構成する受光
素子の受光面より十分小さく形成されている。これによ
り、垂直方向の天空光が検出されないのでＳ／Ｎ比が悪
化しない。

【００１９】図６に示す記憶部２ａには予め、設置場所
の地球の緯度、経度と日時に応じた太陽位置データとし
て太陽の仰角βが記録されている。処理部３ａは現在の
日時を計時するカレンダ部を有し、記憶部２ａ上の現在
の太陽位置データβに対応する受光素子の検出信号に基
づいて直射日光の有無を判定する。信号処理部４は処理
部３ａの判定結果に基づいて「直射日光有り」または
「直射日光無し」の信号を不図示のブラインド制御装置
に送信する。

【００２０】図７を参照して判定処理を説明すると、先
ず、設置場所の緯度、経度とカレンダ部が示す現在の日
時に応じた太陽位置データβを記憶部２ａから読み出し
（ステップＳ１）、次いでこの太陽位置データβに対応
する受光部１１の受光素子の検出値を取り込む（ステッ
プＳ２）。

【００２１】続くステップＳ３では、現在の太陽の仰角
βとスリット１３ｂの高さに応じて検出値が受光面に垂
直に入射する値に補正演算する。次いで演算結果と閾値
を比較して演算結果が閾値以上か否かを判定し（ステッ
プＳ４）、ＮＯの場合には「直射日光無し」の信号を送
信し（ステップＳ５）、他方、ＹＥＳの場合には「直射
日光有り」の信号を送信する。なお、ステップＳ３に示
す補正演算を行う代わりに、現在の太陽の仰角βとスリ
ット１３ｂの高さに応じた閾値を更に記憶部２ａに記憶
し、この閾値と補正無しの検出値を比較するようにして
もよい。

【００２２】なお、受光部１１ａを水平方向に配置し、
スリット１３ｂを垂直方向に形成してもよく、この場合
には、現在の太陽の方位角αに対応する受光部１１ａの
受光素子の検出値を取り込んで判定を行う。また、受光
部１１ａとスリット１３ｂは平行に配置しなくてもよ
く、また、図８に示すように半円筒形の面に配置するよ
うにしてもよい。

【００２３】次に、図９〜図１１を参照して第３の実施
形態について説明する。この太陽光検出部１ｂは図９に
示すように、受光面が真上に向いた１つの受光部（点受
光部）１１ｃを有し、この受光部１１ｃの上には半球状
の液晶遮光部１３ｃが配置されている。液晶遮光部１３
ｃは多数の液晶素子により構成され、この液晶素子は図
１０に示す液晶遮光制御部１４により選択的に開閉可能
である。

【００２４】また、記憶部２には予め、第１の実施形態
と同様に、設置場所の地球の緯度、経度と日時に応じた
太陽位置データとして図３に示す太陽１００の方位角α
と仰角βが記録され、液晶遮光制御部１４は液晶遮光部
１３ｃの全ての液晶素子の内、図９（ｂ）に示すように
太陽位置データ（α，β）に対応する液晶素子のみを
「開」にし、他を「閉」に制御する（図１１ステップＳ
１１、Ｓ１２）。これにより、太陽の方向以外の天空光
が検出されず、直射日光のみが検出されるのでＳ／Ｎ比
が悪化しない。そして、処理部３がこの時の点受光部１
１ｃの出力信号を取り込んで第１、第２の実施形態と同
様な判定を行う（図１１ステップＳ１３〜Ｓ１８）。

【００２５】なお、このような構成によれば、次のよう
な処理も行うことができる。すなわち、第１段階として
図９（ａ）に示すように液晶遮光部１３ｃの全ての液晶
素子を「開」にして点受光部１１ｃの出力信号を取り込
むと、 太陽の直射照度成分＋天空照度成分 が検出される。次に第２段階として図１２に示すように
液晶遮光部１３ｃの太陽位置データ（α，β）に対応す
る液晶素子のみを「閉」にし、他を「開」にして点受光
部１１ｃの出力信号を取り込むと、天空照度成分のみが
検出される。したがって、第１段階の検出信号から第２
段階の検出信号を差し引くことにより太陽の直射照度成
分のみを検出することができる。

【００２６】図１３は第４の実施形態として図９の変形
例を示している。図１３において、１つの点受光部１１
ｃは受光面が水平方向に向くように、また、外からの光
が侵入しない筐体１２の内面に固定されている。そし
て、筐体１２の前面には平面状の液晶パネルで構成され
た液晶遮光部１３ｃ’が配置されている。このような構
成においても同様に、太陽位置データ（α，β）に対応
する液晶素子のみを「開」にし、他を「閉」にすること
により、天空光が検出せずに直射日光のみを検出するこ
とができる。

【００２７】次に図１４を参照して第５の実施形態につ
いて説明する。受光部１１は上を向くように配置され、
受光部１１の上にはドーム状の遮光部１３が配置されて
いる。この遮光部１３には冬至の太陽軌道と夏至の太陽
軌道の間に開口１３ａが形成されている。このような構
成によれば、太陽の直射光を通年を通して受光部１１に
より検出することができ、また、冬至の太陽軌道と夏至
の太陽軌道の外側の天空光を検出しないのでＳ／Ｎ比が
向上する。なお、遮光部１３の形状はドーム状に限定さ
れず、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道の外側の天空光
を遮光できれなどのような形状でもよい。

【００２８】ここで、昼光は図１５（ａ）に示すように
時間や天空の状態により刻々と変化し、昼光の絶対値の
みで直射日光を判定することは困難である。例えば太陽
のみが雲が隠れているが天空には雲がないような天候の
場合や、曇天であるが太陽を雲が覆っていない天候の場
合の照度の値は大きな違いがない。そこで、同じ照度で
あっても図１５（ｂ）に示すように照度変化により例え
ば太陽が雲に隠れたのか、雲が天空に占める割合が増加
したのかを判断することができる。

【００２９】図１６は照度変化に基づいて判定を行う第
６の実施形態を示すブロック図である。光検出部２０は
第１〜第５の実施形態において説明したものを使用する
ことができ、その検出信号は照度に比例した電圧Ｅであ
る。光変化量検出回路２１は微分回路で構成され、光検
出部２０により検出された電圧Ｅの変化量ｄＥ／ｄｔを
演算処理部２２に出力する。演算処理部２２は検出開始
時に光検出部２０により検出された電圧Ｅ0 と閾値を比
較し、また、検出途中には光変化量検出回路２１からの
変化量ｄＥ／ｄｔに基づいて直射日光の有無を判定す
る。

【００３０】この照度変化を利用した判定処理について
説明すると、例えば曇天であって太陽が雲に隠れている
天候「１」から太陽が雲から出た天候「２」に変化した
場合の変化量ｄＥ／ｄｔは非常に大きくなるので「直射
日光無し」から「直射日光有り」に変化したと判定する
ことができる。これに対し、太陽が雲に隠れず直射日光
が差し込む天候「３」から天空を覆う雲が多くなる天候
「４」に変化した場合の変化量ｄＥ／ｄｔは、天候
「１」から天候「２」に変化した場合の変化量ｄＥ／ｄ
ｔより小さい。つまりある一定時間において雲が天空を
覆う照度変化と、雲が太陽を覆う照度変化を比較する
と、その変化量は後者の方が大きいので、これにより直
射日光の有無を判定することができる。

【００３１】図１７は第６の実施形態の変形例を示し、
記憶部２１ａには光検出部２０により検出された電圧Ｅ
のデジタルデータが記憶される。演算処理部２２ａは光
検出部２０により今回検出された電圧Ｅk と記憶部２１
ａに記憶されている前回の検出電圧Ｅk-1 により変化量
ΔＥ＝Ｅk −Ｅk-1 を算出して直射日光の有無を判定す
る。

【００３２】図１８は第６の実施形態の他の変形例を示
している。光検出部２０は主に可視光領域の照度Ｅを検
出し、光変化量検出回路２１ｂは焦電素子で構成され、
赤外光領域の変化量ｄＥ／ｄｔを検出する。演算処理部
２２は検出開始時に光検出部２０により検出された電圧
Ｅ0 と閾値を比較し、また、検出途中には光変化量検出
回路２１ｂからの変化量ｄＥ／ｄｔに基づいて直射日光
の有無を判定する。

【００３３】図１９は第６の実施形態の更に他の変形例
を示し、図１８における光検出部２０が省略されてい
る。演算処理部２２ｂは検出開始時には光変化量検出回
路２１ｂからの変化量ｄＥ／ｄｔを初期値とし、検出途
中には光変化量検出回路２１ｂからの変化量ｄＥ／ｄｔ
に基づいて直射日光の有無を判定する。

【００３４】このような日照センサをブラインド制御に
適用した場合、変化量ｄＥ／ｄｔ、ΔＥが閾値より大き
い場合に、遮光モードと昼光採光モードを交互に切り替
えることができるが、閾値は一定値である必要はなく、
昼光採光モードから遮光モードに切り替える閾値と遮光
モードから昼光採光モードに切り替える閾値は異なる値
でもよい。また、直射日光の有無を判定する際に誤判定
した場合には閾値を変化させて最適値を見つけ出すよう
にしてもよい。

【００３５】次に図２０、図２１を参照して第７の実施
形態について説明する。ここで、図１に示すような２次
元受光部１１、図５及び図８に示すような１次元受光部
１１ａを用いた場合、太陽光をより斜めに受光する素子
ほど検出レベルが低下するので、しきい値をその分低く
しても天空照度により誤検出が発生する。また、その素
子の感度がばらつきにより低い場合には誤検出が増加す
る。そこで、この第７の実施形態では、受光部３１が図
１に示すような２次元受光部１１や図５及び図８に示す
ような１次元受光部１１ａより太陽の方向に向くように
構成されている。

【００３６】図２０は日照センサの構成を示す平面図で
ある。受光部３１は２つのフォトダイオードアレイ３１
ａ、３１ｂにより構成され、このフォトダイオードアレ
イ３１ａ、３１ｂは共に複数のフォトダイオード素子に
より構成されている。そして、フォトダイオードアレイ
３１ａ、３１ｂは９０°の水平に角度で配置され、ま
た、その頂点が窓方向を向くように配置される。フォト
ダイオードアレイ３１ａ、３１ｂを構成する複数の素子
の各々の出力は、スイッチ３２ａ、３２ｂ、アンプ３３
ａ、３３ｂを介して処理部４０により取り込まれる。処
理部４０には予め、設置場所における日時、時間、緯
度、経度に応じた太陽の位置データ（方位角α）が記憶
され、この位置データに基づいて太陽が窓面と垂直な方
向に到達した時にスイッチ３２ａからスイッチ３２ｂに
切り替え、また、アンプ３３ａ、３３ｂの出力信号を取
り込んでＡ／Ｄ変換した後に図２１に示すように直射日
光判定処理を行う。

【００３７】また、フォトダイオードアレイ３１ａ、３
１ｂの受光側には遮光部３４が平行に、すなわち９０°
の角度で配置され、この遮光部３４のフォトダイオード
アレイ３１ａ、３１ｂの中央の素子に対応する位置に
は、垂直方向にスリット状の開口部３５ａ、３５ｂが形
成されている。フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂ
と開口部３５ａ、３５ｂの構成及び位置関係を詳しく説
明すると、先ず、開口部３５ａ、３５ｂの幅は、１つの
素子が感度ばらつきにより信号を出力しないことを考慮
して、少なくとも２つの素子が太陽光を受光するように
形成されている。また、東側のフォトダイオードアレイ
３１ａは窓面から−方向に１５°の方向から、窓面と垂
直な面から＋方向に１５°の方向までの１２０°の角度
の太陽光を受光するように構成され、また、西側のフォ
トダイオードアレイ３１ｂは窓面と垂直な面から−方向
に１５°の方向から、窓面から−方向に１５°の方向ま
での１２０°の角度の太陽光を受光するように構成され
ている。

【００３８】すなわち、太陽が窓面から−方向に１５°
の方向から、窓面と垂直な面から−方向に１５°の方向
までの９０°の角度に位置する時にはフォトダイオード
アレイ３１ａのみが受光し、窓面と垂直な面から−方向
に１５°の方向から＋方向に１５°の方向までの３０°
の角度に位置する時にはフォトダイオードアレイ３１
ａ、３１ｂの両方の幾つかが同時に受光し、窓面と垂直
な面から＋方向に１５°の方向から１０５°の方向まで
の９０°の角度に位置する時にはフォトダイオードアレ
イ３１ｂのみが受光するように構成されている。

【００３９】次に図２１を参照して処理部４０の動作を
説明する。ここで、太陽が窓面と垂直な面から−方向に
１５°の方向から＋方向に１５°の方向までの３０°の
角度に位置する時にはフォトダイオードアレイ３１ａ、
３１ｂの両方の幾つかが同時に受光する場合、フォトダ
イオードアレイ３１ａ、３１ｂを構成する素子に例えば
経時変化により感度のばらつきが発生すると誤検出が発
生する。そこで、この第７の実施形態では、素子の感度
がばらついている受光素子を用いても正確に直射日光を
判定するようにしている。

【００４０】先ず、内部メモリに記憶されている現在の
太陽の位置データ（方位角α）を算出し（ステップＳ２
１）、次いでその方位角αが２つのフォトダイオードア
レイ３１ａ、３１ｂの切り替え位置（窓面と垂直な方
向）か否かを判断する（ステップＳ２２）。そして、未
だ切り替え位置でない場合にはフォトダイオードアレイ
３１ａの内、方位角αに対応する位置の素子の出力信号
を取り込む（ステップＳ２３）。ここで、２以上の素子
が同時に太陽光を受光するのでその出力信号の最大値や
平均値を採用する。次いでその信号に基づいて照度を算
出し（ステップＳ２９）、次いでその照度がしきい値以
上の場合には「直射日光有り」と判断し（ステップＳ３
０→Ｓ３１）、他方、しきい値以上でない場合には「直
射日光なし」と判断する（ステップＳ３０→Ｓ３２）。
次いでその判断信号を不図示のブラインド制御装置に出
力し（ステップＳ３３）、ステップＳ２１に戻る。

【００４１】そしてステップＳ２２において現在の太陽
の方位角αが窓面と垂直な方向に到達すると、フォトダ
イオードアレイ３１ａ、３１ｂの両方の素子の出力信号
を取り込み（ステップＳ２５）、次いでその両方の信号
の比を求め、この比をフォトダイオードアレイ３１ａ、
３１ｂの感度ばらつきに対する補正係数とし（ステップ
Ｓ２６）、ステップＳ２９以下に進む。ステップＳ２９
以下ではフォトダイオードアレイ３１ａの素子の出力信
号を採用して直射日光を判定する。

【００４２】そして、ステップＳ２３において現在の太
陽の方位角αが窓面と垂直な方向を通過すると、フォト
ダイオードアレイ３１ｂの内、方位角αに対応する位置
の素子の出力信号を取り込み（ステップＳ２７）、次い
で検出値と上記の補正係数を乗算し（ステップＳ２
８）、ステップＳ２９以下に進む。したがって、この処
理によれば、フォトダイオードアレイ３１ａ、３１ｂの
感度ばらつきがあっても正確に直射日光を判断すること
ができる。

【００４３】なお、上記構成では、フォトダイオードア
レイ３１ａ、３１ｂを直角に配置したが、代わりに図２
２に示すように水平方向に直線状に配置し、このアレイ
３１ａ、３１ｂと直角に配置された遮光部３４の開口部
３５ａ、３５ｂを介して受光するようにしてもよい。

【００４４】次に図２３、図２４を参照して第８の実施
形態について説明する。ここで、この第５の実施形態
（図１４参照）では、冬至の太陽軌道と夏至の太陽軌道
の外側の天空光を検出しないのでＳ／Ｎ比が向上するも
のの、開口１３ａを介して検出する昼光照度が直射日光
による照度と天空光照度を含み、また、後者の天空光照
度は曇天時にはかなりの高照度となるのでノイズ成分と
して無視することができない。したがって、昼光照度に
より直射日光を判断する場合に、日射がないときにも天
空光照度が検出されるので誤判断するおそれがある。そ
こで、第８の実施形態では受光部１１に入射する曇天時
の天空光照度をしきい値として用い、具体的にはＣＩＥ
（国際照明委員会）が定める標準曇天空を用いる。

【００４５】ＣＩＥが定める標準曇天空は天空の輝度分
布を表し、天空要素の輝度Ｌ0 は、天頂輝度ＬZ と天空
要素の高度ｈ0 により次のように与えられる。 Ｌ0 ＝（１＋２sin ｈ0 ）ＬZ ／３ （１） また、天頂輝度ＬZ は太陽の高度ｈの関数ＬZ （ｈ）、
例えば ＬZ ＝３９９０｛１＋（３／２）sin ｈ｝sin ｈ （２） で与えられる。任意の面の照度Ｅは、天空を単位半球と
したとき微小面積ｄＳの天空要素の輝度をＬ0 とする
と、

【００４６】

【数１】

【００４７】で与えられる。但し、γは任意の面方向
（高度ｈ’，方位角Ａ’）と天空要素（ｈ0 ，Ａ0 ）の
なす角度であり、 cos γ＝sin ｈ0 ・sin ｈ’ ＋cos ｈ0 ・cos ｈ’・cos （Ａ0 −Ａ’） （４） で与えられる。また、微小面積ｄＳは ｄＳ＝cos ｄｈｄＡ により与えられる。

【００４８】以上の関係により太陽位置（高度ｈ，方位
角Ａ）のときの入射天空光照度Ｅは Ｅ＝Ｋｓ・ＬZ （ｈ） （５） のように表される。すなわち任意の面における天空光照
度は、太陽の高度ｈの関数として表される。また、太陽
位置（ｈ，Ａ）は赤緯をδ、側定点の緯度をφとする
と、 の関係にある。但し、夏至時のδ＝２３．５°、冬至時
のδ＝−２３．５°である。

【００４９】したがって、図２３に示す開口１３ａは、
式（６）により表される夏至時と冬至時の太陽軌道によ
り囲まれる領域に設けられる。また、この開口１３ａ内
の全範囲からの光は、１つの受光部により検出すること
ができないので、開口１３ａを東西方向に２分割して各
エリアを不図示の仕切り部により遮光し、それぞれ受光
部１１−１、１１−２により受光する。そして、受光部
１１−１、１１−２により検出された照度の各々を、式
（５）により求められる曇天時の天空光照度をしきい値
として比較することにより判定を行う。

【００５０】例えば受光部１１−１、１１−２をそれぞ
れ（ｈ’，Ａ’）＝（４０°，１２０°）、（４０°，
２４０°）の方向に向けて配置する場合には、式（５）
における定数Ｋｓは Ｋｓ＝０．７５ となる。また、この場合の判定用しきい値は、図２４に
示すように表される。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、２次元受光素子の内、現在の日時における太
陽の方位角と仰角の方向以外の位置に対応する受光素子
の検出信号を用いないので、ノイズとなる天空照度の影
響を低減して直射日光の方向を正確に検出することがで
きる。

【００５２】請求項２記載の発明によれば、１次元受光
素子の内、現在の日時における太陽の方位角方向と仰角
方向の一方に対応する受光素子の検出信号を用いないの
で、ノイズとなる天空照度の影響を低減して直射日光の
方向を正確に検出することができる。

【００５３】請求項３記載の発明によれば、半球状の液
晶遮光部の各液晶素子の開閉を制御することにより、現
在の日時における太陽の方位角方向と仰角方向以外の光
が点受光素子により受光されないので、ノイズとなる天
空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出す
ることができる。

【００５４】請求項４記載の発明によれば、２次元の液
晶遮光部の各液晶素子の開閉を制御することにより、現
在の日時における太陽の方位角方向と仰角方向以外の光
が点受光素子により受光されないので、ノイズとなる天
空照度の影響を低減して直射日光の方向を正確に検出す
ることができる。

【００５５】請求項５記載の発明によれば、冬至の太陽
軌道と夏至の太陽軌道の外側の光が受光素子により受光
されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減して
直射日光の方向を正確に検出することができる。

【００５６】請求項６記載の発明によれば、現在の日時
における太陽の方位角方向以外の光が受光素子により検
出されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減し
て直射日光の方向を正確に検出することができる。ま
た、直角に配列された第１、第２の複数の受光素子の受
光面が１次元や２次元の受光素子より太陽の方向に対向
させることができるので、直射日光の方向を正確に検出
することができる。

【００５７】請求項７記載の発明によれば、現在の日時
における太陽の方位角方向以外の光が受光素子により検
出されないので、ノイズとなる天空照度の影響を低減し
て直射日光の方向を正確に検出することができる。ま
た、第１、第２の受光素子の１以上の素子が重複して太
陽を同時に受光する場合にその素子の感度ばらつきを補
正するので、直射日光の方向を正確に検出することがで
きる。

【００５８】請求項８記載の発明によれば、冬至の太陽
軌道と夏至の太陽軌道の外側の光が受光素子により受光
されず、また、ＣＩＥが定める標準曇天空照度をしきい
値として判断するので、ノイズとなる天空照度の影響を
低減して直射日光の方向を正確に検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る日照センサの一実施形態を構成す
る太陽光検出部を示す構成図である。

【図２】日照センサの構成を示すブロック図である。

【図３】太陽の位置データを示す説明図である。

【図４】図２の処理部の直射日光判定処理を説明するた
めのフローチャートである。

【図５】第２の実施形態の日照センサを構成する太陽光
検出部を示す構成図である。

【図６】第２の実施形態の日照センサの構成を示すブロ
ック図である。

【図７】図６の処理部の直射日光判定処理を説明するた
めのフローチャートである。

【図８】第２の実施形態の太陽光検出部の変形例を示す
構成図である。

【図９】第３の実施形態の日照センサを構成する太陽光
検出部を示す構成図である。

【図１０】第３の実施形態の日照センサの構成を示すブ
ロック図である。

【図１１】図１０の処理部の直射日光判定処理を説明す
るためのフローチャートである。

【図１２】他の直射日光判定処理による液晶遮光部の制
御を示す説明図である。

【図１３】第４の実施形態の日照センサを構成する太陽
光検出部を示す構成図である。

【図１４】第５の実施形態の日照センサを構成する太陽
光検出部を示す構成図である。

【図１５】検出照度とその照度変化を示す説明図であ
る。

【図１６】第６の実施形態の日照センサを示すブロック
図である。

【図１７】第６の実施形態の日照センサの変形例を示す
ブロック図である。

【図１８】第６の実施形態の日照センサの他の変形例を
示すブロック図である。

【図１９】第６の実施形態の日照センサの更に他の変形
例を示すブロック図である。

【図２０】第７の実施形態の日照センサを示す構成図で
ある。

【図２１】図２０の処理部の直射日光判定処理を説明す
るためのフローチャートである。

【図２２】第７の実施形態の日照センサの変形例を示す
構成図である。

【図２３】第８の実施形態の日照センサを示す構成図で
ある。

【図２４】図２３における日照センサの直射日光判定用
しきい値を示す説明図である。

【符号の説明】 １，１ａ，１ｂ 太陽光検出部 ２，２ａ 記憶部 ３，３ａ 処理部 １１ ２次元受光部 １１ａ １次元受光部 １１ｂ 点受光部 １３ 遮光部 １３ａ 開口 １３ｂ スリット １３ｃ，１３ｃ 液晶遮光部 ３１ａ，３１ｂ フォトダイオードアレイ ３４ 遮光部 ３５ａ，３５ｂ 開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧 悦子 東京都品川区東品川四丁目３番１号 東芝 ライテック株式会社内 (72)発明者 笹井 敏彦 東京都品川区東品川四丁目３番１号 東芝 ライテック株式会社内 (72)発明者 清水 恵一 東京都品川区東品川四丁目３番１号 東芝 ライテック株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽に対向して２次元的に配列された複
   数の受光素子と、 直射日光を前記受光素子の受光面に入射させるための開
   口が形成された遮光部と、 少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角を予め記憶
   する記憶部と、 前記複数の受光素子の内、前記記憶部に記憶された現在
   の日時における太陽の方位角と仰角に対応する２次元位
   置の受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判定する
   判定手段と、を具備していることを特徴とする日照セン
   サ。
2. 【請求項２】 太陽に対向して１次元的に配列された複
   数の受光素子と、 直射日光を前記受光素子の受光面に入射させるために前
   記受光素子の配列方向と直交する方向にスリットが形成
   された遮光部と、 少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角の一方を含
   む位置データを予め記憶する記憶部と、 前記複数の受光素子の内、前記記憶部に記憶された現在
   の日時における太陽の方位角と仰角の一方に対応する１
   次元位置の受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判
   定する判定手段と、を具備していることを特徴とする日
   照センサ。
3. 【請求項３】 太陽に対向して配置された点受光素子
   と、 複数の液晶素子が前記点受光素子を覆うように配置され
   た略半球状の液晶遮光部と、 少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角を予め記憶
   する記憶部と、 前記複数の液晶素子の内、前記記憶部に記憶された現在
   の日時における太陽の方位角と仰角に対応する液晶素子
   を開き、他の液晶素子を閉じた状態の前記点受光素子の
   検出信号に基づいて直射日光を判定する判定手段と、を
   具備していることを特徴とする日照センサ。
4. 【請求項４】 太陽に対向して配置された点受光素子
   と、 複数の液晶素子が前記点受光素子を２次元で覆うように
   配置された液晶パネルと、 少なくとも日時に応じた太陽の方位角と仰角を含む位置
   データを予め記憶する記憶部と、 前記複数の液晶素子の内、前記記憶部に記憶された現在
   の日時における太陽の方位角と仰角に対応する液晶素子
   を開き、他の液晶素子を閉じた状態の前記点受光素子の
   検出信号に基づいて直射日光を判定する判定手段と、を
   具備していることを特徴とする日照センサ。
5. 【請求項５】 太陽に対向して配置された受光素子と、 前記点受光素子を覆うように配置されると共に、冬至の
   太陽軌道と夏至の太陽軌道の間に開口が形成された遮光
   部と、を具備していることを特徴とする日照センサ。
6. 【請求項６】 太陽に対向して水平方向に１次元的に配
   列された第１の複数の受光素子と、 太陽に対向して水平方向に１次元的に配列されると共に
   前記第１の複数の受光素子の配列方向と直角に配列され
   た第２の複数の受光素子と、 直射日光を前記第１、第２の受光素子の受光面にそれぞ
   れ入射させるために垂直方向に第１、第２のスリットが
   形成された遮光部と、 少なくとも日時に応じた太陽の方位角を含む位置データ
   を予め記憶する記憶部と、 前記第１、第２の複数の受光素子の内、前記記憶部に記
   憶された現在の日時における太陽の方位角に対応する１
   次元位置の受光素子の検出信号に基づいて直射日光を判
   定する判定手段と、を具備していることを特徴とする日
   照センサ。
7. 【請求項７】 前記第１、第２の複数の受光素子の１以
   上が重複して太陽を同時に受光するように構成され、前
   記判定部は前記同時に太陽を受光する前記第１、第２の
   複数の受光素子の一方の出力レベルに基づいて他方の出
   力レベルを補正し、この補正値に基づいて直射日光を判
   定することを特徴とする請求項６記載の日照センサ。
8. 【請求項８】 太陽に対向して配置された受光素子と、 前記受光素子を覆うように配置されると共に、冬至の太
   陽軌道と夏至の太陽軌道の間に開口が形成された遮光部
   と、 少なくとも日時に応じた太陽の方位角及び仰角を含む位
   置データと、ＣＩＥが定める標準曇天空照度を前記位置
   データに応じてしきい値として予め記憶する記憶部と、 前記受光素子により検出された信号と、前記記憶部に記
   憶された現在の日時における標準曇天空照度のしきい値
   を比較して直射日光を判定する判定手段と、を具備して
   いることを特徴とする日照センサ。